مدل OSI یا Open System Interconnection یک استاندارد ISO برای شبکه‌های ارتباطی در سراسر جهان است. این مدل چارچوب شبکه‌سازی را برای اجرای پروتکل‌ها در شبکه تعریف می‌کند. هر چند امروزه تغییراتی در آن به وجود آمده اما هنوز هم کاربردهای فراوانی در معماری پایه‌ی شبکه دارد.

معرفی مدل OSI و لایه‌های شبکه

مدل OSI یا Open System Interconnection یک مدل مرجع برای برقراری ارتباط در شبکه‌های کامپیوتری که در سال ۱۹۸۰ طراحی گردیده است. هدف عمده این مدل، ارائه استانداردی به تولید کنندگان محصولات شبکه ای به منظور تولید محصولاتی سازگار با سایر تولید کنندگان بود. پیش از به وجود آمدن این مدل، هر شرکت تولید کننده تجهیزات شبکه‌ مدل شبکه‌ای متناسب با محصولات خود ارائه می‌کرد. برای نمونه، کامپیوترهای تولید شده به‌وسیله‌ی شرکت IBM تنها قادر بودند با سایر کامپیوترهایی که ساخته‌ شده به‌وسیله‌ی این شرکت بودند، ارتباط برقرار کنند. به این ترتیب، ایراد اصلی این ساختار آن بود که بسته‌های یک شبکه، نمی‌توانستند در شبکه‌های دیگر جابه‌جا یا شناخته شوند و هر شبکه با هر اندازه‌ای، باز هم یک شبکه‌ی ایزوله (isolated) محسوب می‌شد.

مدل OSI به عنوان اولین استاندارد تعریف شده در شبکه، سبب شد تا همه‌ی سازندگان دستگاه‌های شبکه مجبور به استفاده از استانداردهای مشترک شوند و از این رو دستگاه‌های متصل به شبکه‌ی اینترنت، فارغ از این‌ که از چه سازنده‌ای باشند، بتوانند با یک‌دیگر به تبادل اطلاعات بپردازند.

مدل OSI بر پایه‌ی معماری لایه بندی قراردادهای برقراری ارتباط که همزمان روی دو سیستم مرتبط اجرا شده اند پایه ریزی شده است که این امر بسیار سرعت و دقت ارتباط را افزایش می دهد و از ۷ لایه‌ی مختلف ساخته شده است. اساس کار این معماری به این شکل است که هر لایه، بدون آن‌که از جزییات کار لایه‌ی پایین‌تر خود آگاه باشد، از نتیجه‌ی عملکرد آن استفاده می‌کند و به لایه‌ی بالا‌تر خود سرویس می‌دهد.

هر لایه، پروتکل‌های مخصوص به خود را دارد که اطلاعات را طبق استاندارد‌های آن پروتکل، درون بسته‌هایی قرار می‌دهد و هدر‌‌هایی را برای هر بسته مشخص می‌کند که اطلاعات لازم برای رسیدن بسته به مقصد را در خود دارند. هر یک از این بسته‌ها وقتی به مقصد می‌رسند، در همان لایه‌هایی که ایجاد شده‌اند، باز می‌شوند و محتویات‌ آن‌ها به لایه‌ی بعدی تحویل داده می‌شود.

معرفی لایه های شبکه در مدل OSI

همان‌طور که بیان شد، این معماری از ۷ لایه تشکیل شده است. لایه‌های اول، لایه‌هایی مربوط به تبادل فیزیکی بسته‌ها هستند و لایه‌های بالاتر، بسته‌ها را به شیوه‌ی نرم‌افزاری انتقال می‌دهند. لایه‌های مدل OSI عبارت‌اند از:‌

۷- لایه‌ی کاربرد (Application Layer):

بیش‌تر پیام‌هایی که در شبکه‌ی اینترنت مبادله می‌شوند، در این لایه تولید می‌شوند. درواقع قرار است برنامه‌های مختلف روی سیستم‌های مختلف، تبادل اطلاعات انجام بدهند که این تبادل به کمک همه‌ی لایه‌های قبلی نام‌ برده شده انجام می‌شود. این لایه رابط بین کاربر و سیستم عامل محسوب می شود و همانطور که از اسمش پیداست ، شما بوسیله این لایه با نرم افزارهای کاربردی ارتباط برقرار می کنید برای مثال شما وقتی از نرم افزار Internet Explorer یا IE برای ارسال درخواست باز کردن صفحه گوگل استفاده می کنید در حقیقت ار پروتکل HTTP برای ارسال درخواست خود توسط این نرم افزار استفاده کرده اید که همه اینها در لایه هفتم از مدل OSI فعالیت می کنند . این لایه تنها لایه ای است که کاربر می تواند آن را بصورت ملموس حس کند و با آن ارتباط برقرار کند. از نمونه پروتکلهایی که در این لایه فعالیت می کنند می توان به HTTP ، FTP ، TELNET ، SNMP ، POP3 و مشابه آنها اشاره کرد.

۶- لایه‌ی نمایش (Presentation Layer):

همانطور که از اسم این لایه پیداست نحوه نمایش اطلاعات را به ما نشان می دهد . بعنوان مثال در این لایه تعیین می شود که اطلاعات چگونه رمز نگاری شود یا چگونه فشرده سازی شود . در این لایه قالب بندی داده ها انجام می شود و همچنین کپسوله سازی اطلاعات جهت ارسال در شبکه و هماهنگی با سیستم عامل جهت شیوه یا نوع ارسال اطلاعات تعین می شود.

۵- لایه‌ی نشست (Session Layer):

این لایه، سبب حفظ ارتباط بین ارسال‌کننده و دریافت‌کننده می‌شود و اگر این ارتباط قطع شود، شیوه‌ی شروع مجدد آن را تعیین می‌کند. هم‌چنین به کمک این لایه‌ می‌توان تا حدی امنیت ارتباط بین دو طرف را تامین کرد و کار‌هایی مانند authentication و authorization را بین گیرنده و فرستنده انجام داد.یه پنجم Session layer یا لایه نشست
در هنگام برقراری یک ارتباط بین دو کامپیوتر اصطلاحا یک جلسه یا نشست برقرار می شود. همانطور که در یک جلسه یک منشی جلسه وجود دارد که زمان شروع ، اطلاعاتی که در جلسه قرار است مطرح شود ، مدت زمان جلسه و زمان پایان آن را تعین می کند در کامپیوتر نیز این لایه وظیفه مدیریت این نشست بین کامپیوترها را بر عهده دارد . در حقیقت این لایه ۳ وطیفه بر عهده دارد که به ترتیب :

make یا ایجاد کردن جلسه
maintain یا مدیریت جلسه
terminate یا پایان دادن به جلسه را بر عهده دارد .

۴- لایه‌ی انتقال (Transport Layer):

وظیفه‌ی این لایه، ایجاد یک ارتباط منطقی و نه فیزیکی بصورت نقطه به نقطه ( end-to-end ) بین مبدا و مقصد، هم‌چنین کنترل جریان و کنترل خطا است. ارتباط بین دو دستگاه در این لایه، مانند برقراری یک تونل مجازی بین این دو دستگاه است. پروتکل‌های این لایه درگیر مسیریابی نمی‌شوند. لازمه‌ی ایجاد هر ارتباط، وجود IP و پورت‌های مبدا و مقصد است. وجود IP‌ها برای عمل مسیریابی در لایه‌ی پایین‌تر ضروری است و به کمک پورت‌ها می‌توان مشخص کرد که چه برنامه‌هایی در لایه‌‌های بالاتر، این بسته را ارسال کرده‌اند. بسته‌های این لایه data-gram نام دارند و پروتکل‌های اصلی این لایه، TCP و UDP هستند.

– در این لایه دو روش برای ایجاد یک ارتباط منطقی بصورت end-to-end وجود دارد:

اتصال گرا ( connection-oriented ) :

که مربوط به ارسال در پروتکل TCP است . در این پروتکل که اتصال گرا می‌باشد وظیفه کنترل جریان با قابلیت اعتماد بالا را دارد.

غیر اتصال گرا ( connection-less ) :

که مربوط به ارسال در پروتکل UDP است. ( این پروتکل غیر متصل می‌باشد و برخلاف TCP از سرعت بالا تری برخوردار است، اما قابلیت اعتماد آن کمتر است. بعدا مفصل به این ۲ پروتکل می پردازیم.

۳- لایه‌ی شبکه (Network Layer):

مسیریابی در شبکه به کمک پروتکل IP که از مهمترین پروتکل های شبکه محسوب میشود و در این لایه قرار دارد که وظیفه آن آدرس دهی می باشد انجام می‌شود. این لایه ترافیک شبکه را نیز کنترل کرده و با انتخاب مسیر جدید برای داده از بروز ترافیک جلوگیری می کند. بسته‌های این لایه، packet نام دارند و هدر‌های این packet ها، آدرس‌های IP مبدا و مقصد را مشخص می‌کنند. یک مسیریاب یا router در شبکه، یک دستگاه لایه‌ی ۳ است که پس از آن‌که بسته‌‌ای را دریافت می‌کند، براساس مقصد تصمیم می‌گیرد که بهترین راه برای رسیدن این بسته به مقصد، کدام راه است و بسته را به روتر بعدی در این مسیر ارسال می‌کند. این کار تا زمانی که بسته به مقصد برسد، ادامه می‌یابد. مانند MAC address، هر دستگاه در شبکه آدرس IP منحصر به فرد خود را دارد.

۲- لایه‌ی پیوند داده (Data Link Layer):

کار اصلی این لایه، رساندن پیام‌‌های لایه‌ی فیزیکی به دست گیرنده است. از آن‌‌جایی که احتمال بروز خطا در لایه‌ی فیزیکی وجود دارد، این لایه بررسی می‌کند که آیا پیام رسیده همان پیام مدنظر فرستنده بوده ‌است یا نه. رساندن پیام‌ها به دست گیرنده، با mac address انجام می‌شود (در‌واقع هر دستگاه فیزیکی که در شبکه وجود دارد، آدرس MAC منحصر به فردی دارد که به کمک آن‌ می‌توان مقصد پیام‌ها را در این لایه تشخیص داد و پیام‌ها را به مقصد رساند). بسته‌های این لایه frame نام دارند و از رایج‌ترین پروتکل‌های این لایه، می‌توان پروتکل PPP را نام برد. سوئیچ ها و ایستگاههای اتصال بی سیم ( Wireless Access Points یا WAPs ) نیز در این لایه فعالیت می کنند.

• Ethernet یا ایترنت
• کنترل ارتباط داده های سطح بالا یا High Data Link Control یا HDLC
• پروتکل نقطه به نقطه یا Point-to-point protocol یا PPP
• یازپخش ساختار یا Frame relay

در نظر داشته باشید اصطلاح خطایابی یا error detection در این لایه صورت می پذیرد و از طریق فرایندی بنام Frame check sequence .اگر سوئیچ یا پلی در این لایه کار کنند دیگر “سوئیچ کردن” یا “پل زدن” انجام نمیدهند بلکه “مسیر یابی یا routing” می کنند .

این لایه خود از دو زیر لایه به نام های LLC و MAC تشکیل شده است . هر کدام از این زیر لایه ها وظایفی را به عهده دارند.

زیر لایه LLC

• فریم بندی و شماره گذاری فریم ها و ارسال
  دریافت فریم ها در کامپیوتر مقصد و بازسازی آن
• فرستادن Acknowledge به فرستنده در صورت دریافت صحیح اطلاعات برای هر فریم
• در صورت عدم ارسال Acknowledge از سوی گیرنده برای یک فریم آن فریم دوباره توسط فرستنده ارسال خواهد شد.

زیر لایه MAC

این زیر لایه کنترل دسترسی رسانه نحوه و روش دسترسی یک ایستگاه به شبکه را بیان می دارد که دو نمونه از آن عبارتند از:

• Token Passing
• CSMA/CD – carrier sense multiple access / collision detection
• روش Token Passing
• جلوگیر از تصادم یا collision

حرکت یک بسته خالی از اطلاعات درون شبکه (Token)

• کامپیوتر برای ارسال اطلاعات منتظر Token می ماند
• اقدام به ارسال اطلاعات پس از رسیدن Token به کامپیوتر
• باقی ماندن Token تا پایان ارسال کامل اطلاعات نزد کامپیوتر
• عدم ارسال اطلاعات توسط کامپیوتر های دیگر
  ارسال Acknowledge پس از پایان ارسال اطلاعات توسط کامپیوتر دریافت کننده به کامپیوتر مبدا
• ایجاد یک Token توسط کامپیوتر مبدا و آزاد کردن آن در شبکه

روش CSMA/CD

در این روش اگر دو کامپیوتر همزمان اقدام به ارسال اطلاعات کنند تصادم رخ می دهد برای جلوگیری از این تصادم هر دو کامپیوتر ارسال را رها کرده و مدت زمانی به صورت تصادفی صبر کرده و سپس مجددا اقدام به ارسال اطلاعات می کنند.

لایه اول Physical layer یا لایه فیزیکی

اولین لایه مدل OSI بوده و در پایین ترین سطح این مدل است. در این لایه نحوه اتصال دو ایستگاه به یکدیگر از طریق کابل و توپولوژی های شبکه و سرعت آنها توضیح داده می شود.

این لایه مسئول تبدیل اطلاعات از بیت به سیگنال های الکتریکی می باشد. در واقع اگر بخواهیم موقعیت این لایه را نشان دهیم لبه کارت شبکه ما یعنی مابین کارت شبکه و رسانه انتقال (کابل و..). همان لایه فیزیکی می شود.

پارامترهایی که باید در این لایه مورد نظر باشند عبارتند از:

1. ماهیت فیزیکی خط انتقال (مسی، فیبر نوری، مایکرویو و)….
2. چگونگی نمایش بیت ها در قالب سیگنال متناسب با کانال
3. ظرفیت کانال فیزیکی و نرخ ارسال یا همان bit rate
4. مسائل مکانیکی و الکتریکی مانند نوع کابل، باند فرکانسی و نوع رابط کابل (کانکتور)

(Data Encapsulation) کپسوله کردن اطلاعات

عمل بنیادی که پروتکل های موجود در لایه های مختلف مدل OSI انجام می دهند اضافه کردن هدر Header و در یک مورد خاص فوتر Footer به اطلاعاتی که از لایه بالایی خود می گیرند می باشد

Data encapsulation in the OSI model

به طور مثال درخواست دستبابی یه برنامه به منابع شبکه از لایه های پشته پروتکل می گذرد. زمانی که درخواست به لایه انتقال می رسد هدر مربوط به خود را به آن اضافه کرده و تحویل لایه شبکه می دهند. در این لایه هم هدر های مخصوص اضافه شده و در لایه پیوند داده های هم به همین صورت بوده و محصول نهایی به عنوان یک بسته برای انتقال آماده می شود.

بعد از رسیدن این بسته به مقصد همین موارد فوق تکرار شده ولی این بار برعکس و رو به لایه هفتم که در هر لایه هدر ها و فوتر ها مورد پردازش و حذف شده و پس از اتمام مراحل درخواست به برنامه مقصددر لایه هفتم یا کاربرد می رسد. در واقع مفهوم کپسوله کردن فرآیندی است که در آن پروتکل های لایه های مختلف هدر و فوتر خود را به درخواست تولید شده توسط به برنامه کاربردی اضافه می کنند.

“مدل OSI یا Open System Interconnection یک استاندارد ISO برای شبکه‌های ارتباطی در سراسر جهان است. این مدل چارچوب شبکه‌سازی را برای اجرای پروتکل‌ها در شبکه تعریف می‌کند.”

منبع مقاله: سایت https://nextadmin.net/